如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,劲度系数分别为k1、k2的两个轻弹簧沿斜面悬挂着,两弹簧之间有一质量为m1的重物,最下端挂一质量为m2的重物,现用力F沿斜面向上缓慢推动m2,当两弹簧的总长等于两弹簧原长之和时,试求:
(1)m1、m2各上移的距离.
(2)此时推力F的大小.
解:(1)没加推力时:k2x2=m2gsinθ (1分) k2x2+m1gsinθ=k1x1 (1分)
加上推力后,当两弹簧的总长度等于两弹簧原长之和时,k1的伸长量与k2的压缩量均为x,
对m1分析受力可得:k1x+k2x=m1gsinθ (1分)
所以:m1上移的距离d1=x1-x= (3分)
m2上移的距离d2=x2+x+d1=x2+x1= (3分)
(2)分析m2的受力情况,有:F=m2gsinθ+k2x=m2gsinθ+ (3分)
中国赴南极考察船“雪龙号”,从上海港口出发一路向南,经赤道到达南极.某同学设想,在考察船“雪龙号”上做一些简单的实验来探究地球的平均密度:当“雪龙号”停泊在赤道时,用弹簧测力计测量一个钩码的重力,记下弹簧测力计的读数为F1,当“雪龙号”到达南极后,仍用弹簧测力计测量同一个钩码的重力,记下弹簧测力计的读数为F2,设地球的自转周期为T,不考虑地球两极与赤道的半径差异.请根据探索实验的设想,写出地球平均密度的表达式(万有引力常量G、圆周率π已知).
解:在地球赤道处,物体受地球的引力与弹簧的弹力作用,物体随地球自转,做圆周运动,所以 ①(3分)
在地球的两极物体受地球的引力与弹簧的弹力作用,因该处的物体不做圆周运动,处于静止状态,有 ②(2分) 又因为 ③(2分)
联立①②③解得 (3分)
两个完全相同的物体A、B,质量均为m = 0.8kg,在同一粗糙水平面上以相同的初速度从同一位置开始运动。图中的两条直线分别表示A物体受到水平拉力F作用和B物体不受拉力作用的v-t图象,求:
(1)物体A所受拉力F的大小;
(2)12s末物体A、B之间的距离S。
(1)设A、B两物块的加速度为a1、a2,由v—t图得
a1 = = m/s2 = m/s2 (1分) a2 = = m/s2 = - m/s2 (1分)
分别以A、B为研究对象,摩擦力大小为f,由牛顿第二定律
F-f = ma1 (1分) -f = ma2 (1分) 联立解得 F = 0.8N (2分)
(2)设A、B在12s内的位移分别为S1、S2,由v—t图得
S1 = ×(4 + 8)×12m = 72m (1分) S2 = ×6×4m = 12m (1分)
故S = S1-S2 = 60m (2分)
质量分别为m1和m2的两个物体A、B,并排静止在水平地面上,如图甲所示,用同向水平拉力F1、F2分别作用于物体A和B上,作用一段时间后撤去,两物体各自滑行一段距离后停止.两物体运动的速度—时间图象分别如图乙中图线a、b所示,相关数据已在图中标出,已知m1<m2,下列判断中正确的有( )
A.一定有F1大于F2
B.A、B两物体与地面的动摩擦因数一定相同
C.F1对物体A作用的位移小于F2对物体B作用的位移
D.物体A的总位移大于物体B的总位移
BC解析:由图线可知,在车撤去外力后,两图线平行,说明加速度相同,而只受摩擦力,a=μg所以,μ相同,故B正确.由牛顿第二定律,F-μmg=ma,得a1=F1/m1−μg,a2=F2/m2−μg,由图线可以看出,a1>a2,即F1/m1>F2/m2,由于m1<m2,所以,F1和F2关系不一定,故A错误.从图线中可以看出,a的面积小于b的面积,即a的位移x1小于b的位移x2,D错误;F1作用的前2s内a的位移为6m,F2作用的前4.5s内b的位移为11.25m,C正确。故选BC 点评:本题综合性很强,所以熟练掌握牛顿第二定律,会根据v-t图求解加速度、位移是能否成功解题的关键.
如图所示,倾角为30°的足够长光滑斜面下端与一足够长光滑水平面相接,连接处用一光滑小圆弧过渡,斜面上距水平面高度分别为h1=5m和h2=0.2m的两点上,各静置一小球A和B。某时刻由静止开始释放A球,经过一段时间t后,再由静止开始释放B球。g取10m/s2,求:
(1)为了保证A、B两球不会在斜面上相碰,t最长不能超过多少?
(2)若A球从斜面上h1高度处自由下滑的同时,B球受到恒定外力作用从C点以加速度a由静止开始向右运动,则a为多大时,A球会追上B球?
(1)两球在斜面上下滑的加速度相同,设加速度为a,根据牛顿第二定律有:
mgsin30º=ma , 解得:a=5m/s2 (1分)
设A、B两球下滑到斜面底端所用时间分别为t1和t2,则:
, , 解得:t1=2s,t2=0.4s (2分)
为了保证A、B两球不会在斜面上相碰,t最长不能超过 t=t1-t2=1.6s (2分)
(2)设A球在水平面上再经t0追上B球,则:, (3分)
A球要追上B球,方程必须有解,,解得,即(2分)
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